專利名稱：加工可發(fā)泡的聚合物顆粒的方法及泡沫制品的制作方法
背景技術(shù)：
1、發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及加工可發(fā)泡的聚合物顆粒，例如可發(fā)泡的聚苯乙烯(EPS)顆粒的方法。更具體地說，本發(fā)明涉及加工含有不同量的有機(jī)或無機(jī)發(fā)泡劑或它們的混合物的可發(fā)泡的聚合物顆粒的方法。這些顆粒首先用氣體加壓；預(yù)發(fā)泡和干燥；然后在沒有熟化的情況下進(jìn)給到模塑機(jī)中，形成泡沫制品。
2、背景技術(shù)由可發(fā)泡的聚合物顆粒模制的聚合物泡沫制品是眾所周知的。根據(jù)常規(guī)做法，由可發(fā)泡的聚合物顆粒轉(zhuǎn)化為模塑泡沫制品一般按三個(gè)步驟進(jìn)行預(yù)發(fā)泡，熟化，和模塑。最廣為人知且最常使用的可發(fā)泡聚合物顆粒是簡(jiǎn)稱為EPS的可發(fā)泡聚苯乙烯顆粒。這些可發(fā)泡的顆粒一般作為固體，即相對(duì)小粒徑的相對(duì)“高密度”聚苯乙烯珠粒，例如具有大約0.2-4.0毫米的直徑和大約600kg/m3的堆密度(充填密度)的珠粒制備。通常，這些聚苯乙烯珠粒用發(fā)泡劑，例如烴，即戊烷等浸漬，然后用飽和蒸汽加熱，形成“預(yù)發(fā)泡”聚苯乙烯顆粒，即較低密度的較大顆粒。如果烴用作發(fā)泡劑，該量一般是基于聚苯乙烯重量的大約3.0到大約7.0wt％。該發(fā)泡劑在聚苯乙烯的軟化點(diǎn)以下沸騰，當(dāng)它們用飽和蒸汽加熱時(shí)，引起珠粒發(fā)泡，導(dǎo)致顆粒預(yù)發(fā)泡至大約8-80kg/m3的較低堆密度。
這些預(yù)發(fā)泡顆粒(通常稱為“預(yù)膨化體(pre-puff)”或“預(yù)發(fā)泡體(pre-foam)”)必須老化至少大約1小時(shí)，一般大約8到24小時(shí)，以便使顆粒在其能夠模塑為泡沫制品之前熟化。在熟化加工過程中，空氣透入顆粒，顆粒的內(nèi)部壓力(初始低于大氣壓)逐漸接近大氣壓。同時(shí)，顆粒的外部和內(nèi)部水分蒸發(fā)。如果使用戊烷作為發(fā)泡劑，戊烷的冷凝產(chǎn)生了比大氣壓低的壓力。在熟化過程中，該條件達(dá)到平衡，并且是良好模塑所必需的。
對(duì)于熟化過程，已知的是，在最短模塑周期時(shí)間下獲得最高質(zhì)量模制品的最佳老化(熟化)時(shí)間具有相對(duì)窄的范圍(例如，幾小時(shí))。最佳熟化時(shí)間通過試驗(yàn)和誤差來確定，并且是諸如珠粒尺寸、發(fā)泡劑含量、堆密度、預(yù)發(fā)泡條件和熟化條件(例如，溫度、通風(fēng)等)之類的變量的復(fù)合函數(shù)。
對(duì)于熟化過程，預(yù)發(fā)泡的顆粒一般在大的通風(fēng)袋內(nèi)儲(chǔ)存。通常，需要大量的儲(chǔ)存空間，袋子的時(shí)序安排和存貨控制是麻煩的。另外，熟化過程要花時(shí)間。還有，如果使用戊烷作為發(fā)泡劑，一些戊烷蒸汽從袋中釋放出來。很難捕集和消滅該釋放的戊烷蒸汽，因?yàn)榭諝怏w積是非常大的，而相對(duì)戊烷含量是低的。這產(chǎn)生了環(huán)境和安全危害，并且需要適當(dāng)?shù)耐L(fēng)來避免爆炸性空氣-烴混合物。在模塑之前熟化或老化預(yù)發(fā)泡顆粒的常規(guī)做法的另一缺點(diǎn)是工廠的靈活性的減低。也就是說，預(yù)發(fā)泡顆粒要求在熟化過程之后的2-24小時(shí)內(nèi)使用。因此，在這時(shí)，要求工廠的勞動(dòng)力和模塑設(shè)備隨時(shí)可供使用。
希望提供一種不需要熟化步驟，從而預(yù)發(fā)泡聚合物顆?？梢栽陬w粒預(yù)發(fā)泡之后立即模塑的方法。
已經(jīng)有了一些關(guān)于不需要即時(shí)預(yù)發(fā)泡產(chǎn)品的儲(chǔ)存和熟化的進(jìn)展。
轉(zhuǎn)讓給Arco Chemical Technology，L.P.并在1993年12月21日頒發(fā)的Collum等人的US專利No.5,271,886采用含有二氧化碳浸漬的聚合物顆粒和加熱流體的流動(dòng)料流。預(yù)發(fā)泡裝置提供了加熱并熱絕緣的發(fā)泡通路，二氧化碳浸漬的聚合物顆粒和流動(dòng)加熱流體通過該通路流動(dòng)。含有預(yù)發(fā)泡聚合物顆粒的蒸汽的流動(dòng)料流從預(yù)發(fā)泡裝置排出，并進(jìn)入模塑機(jī)。流動(dòng)加熱流體在250到500_的溫度下(優(yōu)選，在350-500_的溫度下的過熱蒸汽)被裝載到預(yù)發(fā)泡裝置中。
2002年6月4日頒發(fā)的A.P.August等人的US專利No.6,399,665B1公開了消除了模塑步驟之前預(yù)發(fā)泡顆粒的熟化過程的進(jìn)一步進(jìn)展。該專利披露，EPS顆粒的預(yù)發(fā)泡用來自滲入珠粒并在珠粒的發(fā)泡孔穴內(nèi)沉積水滴的蒸汽的冷凝熱長(zhǎng)久地進(jìn)行。本發(fā)明采用干燥加熱氣體，比如空氣，用于僅通過傳導(dǎo)來使原材料EPS珠粒預(yù)發(fā)泡。珠粒的外層首先用熱空氣加熱，該熱通過傳導(dǎo)向內(nèi)滲透，從而在珠粒的外周表面形成預(yù)發(fā)泡程度高的結(jié)構(gòu)(具有較薄的孔壁)和在珠粒的內(nèi)部形成發(fā)泡程度低的結(jié)構(gòu)(具有較厚的孔壁)。預(yù)發(fā)泡珠粒含有較高百分含量的發(fā)泡劑，因?yàn)榘l(fā)泡劑被封鎖在各珠粒的內(nèi)部泡孔內(nèi)。所得預(yù)發(fā)泡珠粒是干燥的，并且由于優(yōu)異的流動(dòng)特性和優(yōu)異的發(fā)泡能力(由于高殘留戊烷含量)，能夠立即在EPS泡沫制品的模塑中使用。所得到的這些珠粒不同于用蒸汽預(yù)發(fā)泡的那些，原因在于在各珠粒中，熱傳導(dǎo)對(duì)外周泡孔的擴(kuò)大超過了內(nèi)部泡孔，而蒸汽通過對(duì)流起作用，滲透到各珠粒中(和在各泡孔內(nèi)冷凝)，從而以基本上相同的程度擴(kuò)大外周和內(nèi)部泡孔。
在上述US專利No.6,399,665的背景部分給出了說明熟化浸漬顆粒，尤其含有戊烷作為發(fā)泡劑的常規(guī)EPS的那些的技術(shù)原因的詳細(xì)信息。熟化期一般可使泡孔內(nèi)的內(nèi)部戊烷壓力和大氣壓達(dá)到穩(wěn)態(tài)平衡以及充分干燥預(yù)發(fā)泡珠粒，使得在珠粒表面的冷凝水蒸汽不導(dǎo)致珠粒聚集成塊，這些塊狀物不容易通過在模具填充中使用的填充閥，或者本身不能流入到模具的角落和狹窄空間中。該老化期還允許泡孔內(nèi)部的一些水滴(來自冷凝蒸汽)通過泡孔壁逸出，因此干燥發(fā)泡珠粒的內(nèi)部。倘若沒有內(nèi)部干燥，截留的水滴有時(shí)誘發(fā)局部不均勻性，例如模制品內(nèi)的孔，因?yàn)樵谕庵芘菘椎募訜岷团蛎浤軌蜻M(jìn)行之前，各液滴需要較長(zhǎng)時(shí)間的加熱來蒸發(fā)。然而，必須注意不要太長(zhǎng)的老化期，因?yàn)楫?dāng)它們?cè)谀Ｋ苓^程中加熱時(shí)，太多的剩余發(fā)泡劑(例如，戊烷)通過從預(yù)發(fā)泡珠粒的泡孔擴(kuò)散出來而損失掉，導(dǎo)致預(yù)發(fā)泡珠粒不再具有進(jìn)一步發(fā)泡的能力。當(dāng)珠粒在模塑過程中不充分發(fā)泡時(shí)，模塑發(fā)泡制品傾向于不良地被熔化，常常碎成碎片，或者漏出它們的內(nèi)容物，例如在咖啡杯的情況下漏出咖啡。因此，許多年來，預(yù)發(fā)泡珠粒的適當(dāng)老化已經(jīng)成為干燥在預(yù)發(fā)泡過程中引入的冷凝蒸汽所需的足夠長(zhǎng)的時(shí)間和為了在預(yù)發(fā)泡珠粒內(nèi)保持足夠量的發(fā)泡劑(例如戊烷)的充分短的時(shí)間之間的精致平衡。老化不僅使一些戊烷和冷凝水蒸汽通過泡孔壁逸出到周圍大氣中，而且使空氣重新滲透到在發(fā)泡之后于泡孔內(nèi)留下的真空中，使得顆粒不會(huì)在模塑過程中塌陷。
如上所述，US專利NoS.5,271,886和6,399,665的發(fā)明涉及加工可發(fā)泡的聚合物顆粒的方法，該方法不需要在預(yù)發(fā)泡步驟之后和在模塑步驟之前的顆粒的熟化或老化。US專利No.5,271,886涉及含有二氧化碳作為發(fā)泡劑的顆粒，而US專利No.6,399,665涉及含有戊烷作為發(fā)泡劑的顆粒。
用二氧化碳作為發(fā)泡劑的可發(fā)泡的聚合物顆粒的其它例子是Meyer等人的US專利No.4,911,869。該專利教導(dǎo)，因?yàn)槎趸紡木酆衔镱w粒擴(kuò)散出來的快速性，所以必需首先將顆粒預(yù)發(fā)泡，然后恰好在模塑之前用相同或不同的氣體再浸漬顆粒。上述US專利No.5,271,886通過使珠粒發(fā)泡至其最終密度而避免了該問題，因?yàn)橹榱Ｔ跊]有熟化并且在模塑之前沒有使預(yù)膨化體(pre-puff)再發(fā)泡的情況下進(jìn)入模塑操作。
二氧化碳?xì)怏w作為發(fā)泡劑在可發(fā)泡聚合物顆粒中的應(yīng)用也公開在Meyer等人的US專利No.5,049,328中。該專利將浸漬、純化和發(fā)泡的步驟合并到單一工藝中，這克服了二氧化碳?xì)怏w從顆粒中快速擴(kuò)散。再次，以上US專利No.5,271,886通過使珠粒發(fā)泡至其最終密度而避免了該問題，因?yàn)橹榱Ｔ跊]有熟化并且在模塑之前沒有使預(yù)膨化體(pre-puff)再發(fā)泡的情況下進(jìn)入模塑操作。
在本領(lǐng)域中仍然需要提供這樣一種方法，不管在預(yù)發(fā)泡過程之后的顆粒內(nèi)的發(fā)泡劑的類型和/或量如何，該方法消除了通常與常規(guī)可發(fā)泡聚合物顆粒有關(guān)的熟化步驟，使得預(yù)發(fā)泡顆?？梢粤⒓催M(jìn)給到模具中，并且形成了“良好”質(zhì)量的泡沫制品。
進(jìn)一步需要提供可以消除模塑之前的再浸漬步驟的方法。
發(fā)明概述本發(fā)明滿足了這些需求。本發(fā)明提供了加工可發(fā)泡的聚合物顆粒的方法，該方法不需要在預(yù)發(fā)泡和模塑步驟之間的熟化步驟。如果可發(fā)泡的聚合物顆粒含有無機(jī)發(fā)泡劑，例如二氧化碳或水，或含有極低量的有機(jī)發(fā)泡劑，例如大約1.0到大約3.0wt％戊烷，本發(fā)明可使顆粒從預(yù)發(fā)泡步驟立即轉(zhuǎn)移到模塑步驟。
本發(fā)明提供了用于將可發(fā)泡的聚合物顆粒加工成泡沫制品的方法。該方法包括下列步驟a)讓可發(fā)泡的聚合物顆粒經(jīng)歷加壓步驟，其中在顆粒中建立相對(duì)高的壓力；b)使顆粒預(yù)發(fā)泡，以便降低顆粒的密度，同時(shí)在顆粒內(nèi)部保持充分的正壓力，以及將預(yù)發(fā)泡的顆粒干燥，同時(shí)還在顆粒中保持充分的壓力；和c)立即模塑預(yù)發(fā)泡的顆粒，形成模塑泡沫制品。
更具體地說，本發(fā)明的方法包括下列步驟a)用壓縮氣體于可在顆粒內(nèi)部產(chǎn)生相對(duì)高的氣壓的壓力和溫度下對(duì)可發(fā)泡的聚合物顆粒施加壓力；b)采用至少在加壓步驟a)中產(chǎn)生的顆粒內(nèi)部的氣壓，用加熱介質(zhì)使顆粒預(yù)發(fā)泡，同時(shí)保持顆粒內(nèi)的充分的正壓，該壓力是在大氣壓以上，將熱干燥空氣流射向顆粒達(dá)足夠長(zhǎng)的時(shí)間，以干燥顆粒，同時(shí)保持顆粒內(nèi)的足夠正壓，該壓力高于大氣壓；和c)使用至少顆粒內(nèi)的殘留氣壓，立即將顆粒模塑成泡沫制品。
可發(fā)泡的聚合物顆?？梢跃哂写蠹s600kg/m3的堆密度，并且可以含有有機(jī)發(fā)泡劑，例如烴，即戊烷，異戊烷，和它們的混合物和/或可以含有無機(jī)發(fā)泡劑，例如水，空氣，氮?dú)?，二氧化碳，氬，氖和它們的混合物?？砂l(fā)泡顆粒中的發(fā)泡劑的量可以是大約0到大約20wt％?？砂l(fā)泡的顆?？梢允恰邦A(yù)成核的”，即，具有預(yù)先確立的泡孔或孔結(jié)構(gòu)的顆粒，其中可發(fā)泡的顆粒的表觀密度已輕微降低，因此導(dǎo)致體積輕度增加?；蛘呖砂l(fā)泡的顆?？梢允恰胺浅珊说摹?，即，具有空隙和無預(yù)先確立的泡孔或孔結(jié)構(gòu)的顆粒。
本發(fā)明可特定地用于加工可發(fā)泡的聚苯乙烯顆粒，該顆粒含有低于大約3wt％的量的有機(jī)發(fā)泡劑，例如戊烷，或含有無機(jī)發(fā)泡劑，比如水，二氧化碳，空氣或氮?dú)猓缟衔乃龅臒o機(jī)發(fā)泡劑，例如二氧化碳一般從泡孔和因此顆粒中快速地消散。在該情況下，加壓步驟a)和在預(yù)發(fā)泡步驟b)中施加于顆粒的加熱介質(zhì)的壓力確保了顆粒具有在模塑過程中發(fā)泡所需的足夠壓力，以充分地使顆粒熔合在一起，用于生產(chǎn)泡沫制品。
在加壓步驟中，可發(fā)泡的顆粒用氣體在大約500到大約8000kPa的壓力和大約-20到大約130℃的溫度下施加過高壓力達(dá)大約15分鐘到大約7200分鐘(5天)。結(jié)果是產(chǎn)生了加壓氣體，并保持在顆粒內(nèi)，即，在顆粒的空隙或泡孔中。然后將加壓顆粒轉(zhuǎn)移到預(yù)發(fā)泡裝置中。
預(yù)發(fā)泡裝置含有用于使顆粒預(yù)發(fā)泡的加熱介質(zhì)。加熱介質(zhì)可以在大約50到大約200kPa的壓力和大約100到大約130℃的溫度下供應(yīng)。一般，在預(yù)發(fā)泡器中的壓力高于大氣壓，低于從加壓裝置中排出的顆粒的顆粒內(nèi)部壓力。這在由于加壓步驟導(dǎo)致的顆粒中的壓力和預(yù)發(fā)泡裝置的壓力之間產(chǎn)生了壓差。加熱介質(zhì)可以使顆粒軟化，而顆粒中的壓差會(huì)使顆粒發(fā)泡。
在預(yù)發(fā)泡裝置的加壓氣氛內(nèi)，顆?？梢栽诖嬖谟陬A(yù)發(fā)泡裝置中的壓力下進(jìn)行干燥過程，例如風(fēng)干過程。也就是說，在將顆粒預(yù)發(fā)泡之后，熱干燥空氣流可以通過預(yù)發(fā)泡裝置輸送到顆粒上。
另外，顆粒的干燥可以在預(yù)發(fā)泡裝置的單獨(dú)加壓隔室中或者在單獨(dú)的加壓裝置中進(jìn)行。
優(yōu)選地，顆粒從預(yù)發(fā)泡裝置直接轉(zhuǎn)移到模塑機(jī)中。然而，取決于工廠的生產(chǎn)速度，可以有必要將顆粒轉(zhuǎn)移到儲(chǔ)存容器，直到模塑機(jī)可供使用為止。該儲(chǔ)存容器可以是保持顆粒中壓力的真空密封壓力料倉(cāng)，或者該儲(chǔ)存容器可以具有小的凈空氣流。
如上文所述，將顆粒從預(yù)發(fā)泡裝置或壓力料倉(cāng)轉(zhuǎn)移到模塑機(jī)。在顆粒外部和環(huán)境之間的壓差將是0，但顆粒內(nèi)部的壓力將是在大氣壓以上。當(dāng)加壓顆粒進(jìn)入模塑機(jī)時(shí)，顆粒內(nèi)部的氣體分壓高于模塑機(jī)內(nèi)部的空氣壓力。這使得當(dāng)顆粒在模塑機(jī)內(nèi)加熱時(shí)顆粒進(jìn)一步發(fā)泡和熔合在一起。
因?yàn)樵陬A(yù)發(fā)泡裝置中，顆粒具有充分的壓力和顆粒被干燥，所以顆?？梢灾苯舆M(jìn)給到模塑機(jī)中，不用熟化顆粒。
用于在其中產(chǎn)生相對(duì)高的氣壓的供給加壓裝置的適合的氣體包括空氣、二氧化碳、氮和它們的混合物。優(yōu)選地，該氣體選自空氣、二氧化碳和它們的混合物。
因此，本發(fā)明的目的是提供用于加工可發(fā)泡的聚合物顆粒的方法，包括對(duì)顆粒施加相對(duì)高的氣壓，保持顆粒中的壓力，從而使顆粒直接從預(yù)發(fā)泡裝置轉(zhuǎn)移到模塑機(jī)，不用熟化步驟。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供用于將可發(fā)泡的聚合物珠粒加工成模塑泡沫制品的方法，包括對(duì)顆粒施加過壓，預(yù)發(fā)泡和干燥加壓顆粒，以及將加壓顆粒模塑成泡沫制品。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是不管可發(fā)泡聚合物顆粒中的發(fā)泡劑的量和/或類型如何，用于加工可發(fā)泡的聚合物顆粒的方法，其使得在顆粒預(yù)發(fā)泡之后將顆粒立即模塑。
本發(fā)明的還一個(gè)目的是對(duì)可發(fā)泡的顆粒施加過壓，使得足夠量的壓力保持在顆粒中，用于預(yù)發(fā)泡和模塑。
當(dāng)結(jié)合附圖和權(quán)利要求書來閱讀以下說明時(shí)，可以更好地領(lǐng)會(huì)和理解本發(fā)明的這些和其它目的。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)方法的示意圖，其中將常規(guī)可發(fā)泡的聚苯乙烯(EPS)顆粒預(yù)發(fā)泡，熟化和模塑。
圖2是本發(fā)明的方法的示意圖，其中將預(yù)發(fā)泡的顆粒加壓，預(yù)發(fā)泡和干燥，然后模塑。
本發(fā)明的詳細(xì)說明圖1是加工常規(guī)可發(fā)泡的聚苯乙烯顆粒的常規(guī)方法的示意圖。將可發(fā)泡的聚苯乙烯顆粒8進(jìn)給到預(yù)發(fā)泡裝置10中，其中將蒸汽施加于顆粒，以便降低顆粒的密度。如上文所述，將低密度顆粒從預(yù)發(fā)泡裝置10轉(zhuǎn)移到大型通風(fēng)袋12，進(jìn)行熟化加工12，然后轉(zhuǎn)移到模塑機(jī)14，生產(chǎn)出成品泡沫制品16。在現(xiàn)有技術(shù)的顆粒中，如果發(fā)泡劑例如戊烷太少，通常在進(jìn)入預(yù)發(fā)泡裝置10之前和/或在從預(yù)發(fā)泡裝置10排出之后，將顆粒投入到壓力罐中(未示出)。
圖2是本發(fā)明方法的示意圖。本發(fā)明的方法包括在壓力容器18中對(duì)可發(fā)泡的聚合物顆粒施加過壓，進(jìn)行加壓步驟，然后將聚合物顆粒轉(zhuǎn)移到預(yù)發(fā)泡裝置20中，進(jìn)行預(yù)發(fā)泡和干燥步驟，然后立即轉(zhuǎn)移到模塑機(jī)22中，進(jìn)行模塑步驟，生產(chǎn)出成品泡沫制品24。
如本文所使用的“顆粒”表示珠粒，粒料或碎片。
適用于本發(fā)明方法的聚合物是熱塑性聚合物。這些聚合物包括、但不限于聚苯乙烯，苯乙烯共聚物，例如苯乙烯/馬來酸酐共聚物，聚苯醚，聚苯乙烯-聚苯醚共混物，聚甲醛，聚(甲基丙烯酸甲酯)，甲基丙烯酸甲酯共聚物，聚乙烯，聚丙烯，乙烯-丙烯共聚物，聚氯乙烯，聚碳酸酯，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯，它們的交聯(lián)變型，它們的橡膠改性變型，它們的共混物，和它們的互穿網(wǎng)絡(luò)，例如聚乙烯和聚合的乙烯基芳族樹脂，比如聚苯乙烯。
雖然如在前面的段落中所述，參考可發(fā)泡的聚苯乙烯(EPS)顆粒論述了優(yōu)選實(shí)施方案，但在本發(fā)明的實(shí)施中可以采用其它可發(fā)泡的聚合物顆粒，例如可發(fā)泡的聚乙烯(EPE)，可發(fā)泡的聚丙烯(EPP)，苯乙烯類共聚物等。
本發(fā)明的聚合物顆粒是可發(fā)泡的，在于它們通常含有發(fā)泡劑。發(fā)泡劑可以在顆粒的形成過程中引入到顆粒中。發(fā)泡劑可以是有機(jī)發(fā)泡劑或無機(jī)發(fā)泡劑或它們的混合物。有機(jī)發(fā)泡劑可以是烴，例如n-戊烷(正戊烷)，丁烷，異戊烷，和戊烷的混合物，優(yōu)選正戊烷以及戊烷的混合物。無機(jī)發(fā)泡劑可以是二氧化碳，氮?dú)?，空氣，水，和其它物理發(fā)泡劑(pneumatogen)和它們的混合物。
尤其用于可發(fā)泡的聚苯乙烯顆粒的發(fā)泡劑一般是基于聚合物的重量的大約0.1到大約8wt％。當(dāng)在形成顆粒的時(shí)候，可以將發(fā)泡劑引入到顆粒中。這可以在一步懸浮過程中進(jìn)行，或者可以在通常所謂的兩步懸浮過程中形成顆粒之后，將發(fā)泡劑浸漬到顆粒中。
如果在顆粒中存在很少的發(fā)泡劑或不存在發(fā)泡劑，那么在本發(fā)明的加壓步驟中施加于顆粒的氣壓將在顆粒中提供充分的壓力，并且保持壓力，用于預(yù)發(fā)泡和模塑步驟。例如，如果在加壓步驟中將40巴的壓力施加于顆粒達(dá)大約3小時(shí)，珠粒中的壓力可以是大約22.5巴。
已經(jīng)開發(fā)了降低或消除無機(jī)發(fā)泡劑，例如二氧化碳和/或水的快擴(kuò)散速率的方法。該方法可以被稱為“預(yù)成核”。顆粒的“預(yù)成核”通過使顆粒輕微發(fā)泡至比顆粒的初始密度低不超過3倍的密度來完成。在該預(yù)成核過程中使用的顆?？梢院猩鲜鰺o機(jī)發(fā)泡劑，即二氧化碳，氮?dú)猓諝?，水和其它物理發(fā)泡劑和它們的混合物，或者可以含有水和/或少量，例如≤大約2wt％的有機(jī)發(fā)泡劑，例如烴液體，例如戊烷和/或它們的混合物。在“預(yù)成核”中，在顆粒中形成泡孔的原始核。泡孔的核然后用于后續(xù)進(jìn)一步用加壓氣體使顆粒發(fā)泡至有商業(yè)價(jià)值的最終堆密度。
在下列兩個(gè)專利文件中公開了用于制備預(yù)成核顆粒，即已經(jīng)具有一定泡孔結(jié)構(gòu)的顆粒的方法。
WO 00/15703(2003年3月25日頒發(fā)的US專利No.6,538,042B1)涉及多孔聚乙烯基芳烴顆粒。未發(fā)泡的顆粒輕度發(fā)泡，產(chǎn)生具有一定泡孔結(jié)構(gòu)和200-600kg/m3的表觀密度并且含有低于2wt％的有機(jī)發(fā)泡劑的多孔顆粒。這些多孔顆粒具有與未發(fā)泡顆粒的體積相比大約1.5到小于3倍的體積增加。
WO 00/15704(2002年9月24日頒發(fā)的US專利No.6,455,599B1)涉及通過用無機(jī)氣體浸漬具有200-600kg/m3的密度的顆粒并將顆粒發(fā)泡至比未發(fā)泡的顆粒的初始密度低不超過3倍的密度來制備發(fā)泡多孔顆粒的方法。
在下列專利文件中公開了制備在固體顆粒中含有空隙的可發(fā)泡的聚合物顆粒的方法。
WO 00/15702(2003年6月3日頒發(fā)的US專利No.6,573,306B1)涉及制備可發(fā)泡的聚乙烯基芳烴顆粒的方法，在該方法中，含有空隙的固體聚乙烯基芳烴顆粒通過使固體顆粒在100-2,000kPa表壓的壓力下接觸選自含N2和/或O2的氣體中的無機(jī)化合物和低于95℃的溫度來浸漬，以保持固體顆粒中的空隙的結(jié)構(gòu)和性能。該無機(jī)氣體含有少量體積的有機(jī)化合物，并且與有機(jī)化合物相比，在聚合物基質(zhì)中的溶解度較低，因此，無機(jī)氣體基本上保持在固體顆粒的空隙中，以便顆粒的發(fā)泡。
對(duì)于本發(fā)明的方法來說，可發(fā)泡的聚合物顆?？梢允浅Ｒ?guī)可發(fā)泡的聚合物，例如含有如上所述的無機(jī)或有機(jī)發(fā)泡劑的可發(fā)泡的聚苯乙烯(EPS)顆粒，可發(fā)泡的聚丙烯(EPP)顆粒，可發(fā)泡的聚乙烯(EPP)顆粒?？砂l(fā)泡的聚合物顆粒可以是根據(jù)US專利No.6,538,042(WO00/15703)和US專利No.6,455,599B1(WO 00/15704)的教導(dǎo)制備的預(yù)成核顆粒，或者這些顆?？梢允歉鶕?jù)US專利No.6,573,306B1(WO00/15702)的教導(dǎo)制備的那些，所有這些的公開內(nèi)容在本文全面引入供參考。
在上述專利和因此本發(fā)明的顆粒中的發(fā)泡劑還可以是二氧化碳。
如在轉(zhuǎn)讓給NOVA Chemicals(International)S.A.的US專利Nos.6,127,439；6,160,027；和6,242,540中所教導(dǎo)，可發(fā)泡的聚合物顆?？梢院信c脂族烴發(fā)泡劑共混的水，或者水可以用作唯一的發(fā)泡劑。在這些專利中，使用保水劑。用作發(fā)泡劑的水的重量百分含量可以是1-20％。US專利Nos.6,127,439，6,160,027和6,242,540的公開內(nèi)容全面引入本文供參考。
可發(fā)泡的聚合物顆?？梢越?jīng)由具有形成小球粒的水下切割器的擠出機(jī)來生產(chǎn)。在擠出機(jī)中，釋放二氧化碳?xì)怏w的化學(xué)發(fā)泡劑可以用作發(fā)泡劑，其中將發(fā)泡劑混入到聚合物中來“預(yù)成核”，即當(dāng)其從擠出機(jī)模頭中排出時(shí)，在聚合物中形成泡孔。其它發(fā)泡劑例如氣態(tài)二氧化碳、戊烷、HCFC和CFC還可以直接加入到擠出機(jī)中。還有，可發(fā)泡的顆粒可以在具有發(fā)泡劑，例如戊烷的擠出機(jī)中生產(chǎn)，不用在模頭發(fā)泡，例如在制備非成核顆粒時(shí)。
如在轉(zhuǎn)讓給NOVA Chemicals Inc.的Arch等人的US專利申請(qǐng)序號(hào)10/021,716中所教導(dǎo)，可發(fā)泡的聚合物顆?？梢允前l(fā)泡多孔聚合物顆粒。發(fā)泡多孔顆粒優(yōu)選是預(yù)發(fā)泡至600到大約200kg/m3的堆密度，并且含有基于聚合物的重量的低于6.0wt％，優(yōu)選2.0到5.0wt％，更優(yōu)選2.5到3.5wt％的有機(jī)發(fā)泡劑水平的聚苯乙烯。US序號(hào)10/021,716的公開內(nèi)容在本文全面引入供參考。
如果可發(fā)泡的聚合物顆粒是如在前面的段落中所述的發(fā)泡多孔聚合物顆粒，或者如果可發(fā)泡的聚合物顆粒是常規(guī)EPS顆粒，那么在顆粒中可以具有足量的發(fā)泡劑，加壓步驟可能是不必要的，例如如果顆粒中的戊烷含量為至少2wt％。本發(fā)明的加壓步驟確保了在顆粒中具有足夠的壓力，不管顆粒中的發(fā)泡劑的類型和量如何，使得顆粒能夠在模塑步驟中充分地熔合在一起。
從最廣泛的意義上說，本發(fā)明涉及用于加工可發(fā)泡的聚合物顆粒的方法，包括加壓步驟，含干燥步驟的預(yù)發(fā)泡步驟，和模塑步驟。在進(jìn)行本發(fā)明的方法之前，這些顆粒可以含有空隙、泡孔或泡孔成核位點(diǎn)，取決于原料珠粒所進(jìn)行的加工。例如，如果原料珠粒根據(jù)US專利No.6,538,042(WO 00/15703)和US專利No.6,455,599B1(WO00/15704)的教導(dǎo)預(yù)成核，在本發(fā)明的方法中使用的珠粒一般含有泡孔。如果原料珠粒是“非成核的”，即，首先根據(jù)US專利No.6,573,306B1(WO 00/15702)的教導(dǎo)加工，那么在本發(fā)明的方法中使用的珠粒一般含有泡孔成核位點(diǎn)。
在加壓步驟中，可發(fā)泡的聚合物顆?？梢跃哂写蠹s600kg/m3的堆密度，在某些情況下，低至大約16kg/m3。優(yōu)選地，可發(fā)泡的聚合物顆粒具有大約200到大約600kg/m3的堆密度，在某些情況下，大約250到500kg/m3的堆密度。在加壓步驟中，顆粒在大約500到大約8000kPa的壓力和-20到130℃的溫度下用壓縮氣體處理15分鐘到大約7200分鐘(5天)，優(yōu)選低于1440分鐘(24小時(shí))的時(shí)間，直到顆粒中的氣壓，即空隙、泡孔成核位點(diǎn)或泡孔足夠達(dá)到所需的密度減小。如果施加于顆粒的氣體的壓力是2500kPa，那么顆?？梢栽谠搲毫ο掠迷摎怏w處理，直到在顆粒中達(dá)到2500kPa的壓力。
如在前面的段落中所述，加壓裝置中的氣體的溫度優(yōu)選是-20到130℃。然而，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于可發(fā)泡的聚苯乙烯顆粒，高于90℃的溫度往往軟化聚苯乙烯，因此，可發(fā)泡的聚苯乙烯的溫度需要是大約90℃或更低。還有，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于在加壓裝置中的可發(fā)泡的聚苯乙烯顆粒，1小時(shí)到大約8小時(shí)的時(shí)間將足以在預(yù)發(fā)泡裝置的準(zhǔn)備中于顆粒中獲得所需的壓力。
應(yīng)該清楚的是，低密度顆粒需要較低的供給加壓裝置的氣體的壓力。也就是說，如果進(jìn)入加壓裝置的顆粒具有大約16kg/m3的密度，那么加壓裝置中的壓力可以低于500kPa(5巴)，即，大約50kPa(0.5巴)到大約100kPa(1.0巴)，因?yàn)?000kPa(80巴)的高壓往往將泡沫壓碎并破壞顆粒中的泡孔等，尤其如果在加壓裝置中的壓力升高太快。
為了有助于在加壓步驟中獲得的可發(fā)泡顆粒中保持所希望和/或所要求的壓力，這些顆?？梢酝ㄟ^適合方式在大約50kPa到大約200kPa的壓力下從加壓裝置輸送到預(yù)發(fā)泡裝置。
對(duì)于預(yù)發(fā)泡步驟，一般使用壓力容器。壓力容器可以是自動(dòng)分批設(shè)備，預(yù)發(fā)泡步驟可以包括連續(xù)過程。例如，顆?？梢粤魅氲綁毫θ萜鞯囊粋?cè)，預(yù)發(fā)泡和干燥，再?gòu)膲毫θ萜鞯牧硪粋?cè)排出到模具中。
顆粒的發(fā)泡通過加熱介質(zhì)在預(yù)發(fā)泡步驟中進(jìn)行，該介質(zhì)可以具有100到120℃(212到248_)的溫度和50-200kPa的壓力。將加熱介質(zhì)施加于顆粒達(dá)大約5到120秒，以使顆粒預(yù)發(fā)泡至大約193kg/m3到大約8kg/m3(即，大約12磅/立方英尺到大約0.5磅/立方英尺)的密度。例如，如果根據(jù)常規(guī)做法，加壓步驟中的顆粒的密度是大約600kg/m3，那么由預(yù)發(fā)泡步驟導(dǎo)致的顆粒的密度會(huì)是大約8kg/m3。加熱介質(zhì)可以是任何常規(guī)加熱介質(zhì)，例如蒸汽，熱空氣，熱水，輻射熱，對(duì)流熱，微波熱，高頻輻射，或電磁。
因?yàn)樵陬w粒中的壓力和預(yù)發(fā)泡裝置中的壓力之間存在壓差，顆粒將會(huì)發(fā)泡。在顆粒中保留的壓力可使顆粒被模塑。
Rodman的US專利No.3,023,175教導(dǎo)了一種用于預(yù)發(fā)泡浸漬熱塑性顆粒的廣為接受的方法，該方法采用用于預(yù)發(fā)泡顆粒的蒸汽。在本發(fā)明中，顆?？梢园搭愃频姆绞筋A(yù)發(fā)泡。然而，如在上文中所述，在施加蒸汽用于顆粒發(fā)泡的同時(shí)，一定的壓力將保留在顆粒中。預(yù)發(fā)泡裝置中的壓力可以在預(yù)發(fā)泡裝置中的干燥步驟中保持。
可以通過將熱干燥空氣流或料流注入到預(yù)發(fā)泡裝置中和顆粒上來干燥顆粒。在干燥步驟過程中，顆粒始終保持在較高的壓力下，以便在顆粒中保持過壓。該干燥步驟可以持續(xù)到來自蒸汽的水蒸汽從顆粒內(nèi)部蒸發(fā)出來為止。
如果預(yù)發(fā)泡裝置中的壓力是50到200kPa，那么顆粒中的壓力通?？梢允?0到200kPa。如果預(yù)發(fā)泡器中的壓力降低至大約30kPa，那么顆?？梢栽陬A(yù)發(fā)泡器中保留，直到顆粒中的壓力大約等于預(yù)發(fā)泡器中的壓力為止。
如上文所述，根據(jù)常規(guī)做法，在顆粒預(yù)發(fā)泡之后，預(yù)發(fā)泡器中的壓力逐步降低至0，將空氣注入到預(yù)發(fā)泡器中，再排放。然而，在本發(fā)明中，保持預(yù)發(fā)泡裝置中的壓力，對(duì)于顆粒的干燥過程，優(yōu)選將熱干燥空氣注入到預(yù)發(fā)泡器中，并保留在其中，而不是完全排放到外部環(huán)境中。該熱干燥空氣可以具有大約20到大約90℃的溫度和大約1到大約10kPa的壓力。該熱干燥空氣可以從顆粒上持續(xù)流過大約1到大約900秒，不用從顆粒中排空所有壓力和不用將所有空氣排放到環(huán)境中，結(jié)果是通常在EPS顆粒中用作發(fā)泡劑的極少或無殘留烴，例如戊烷散發(fā)到大氣中。
可以將預(yù)發(fā)泡、干燥顆粒立即轉(zhuǎn)移到常規(guī)模塑機(jī)中。泡沫制品在蒸汽的存在下使用本領(lǐng)域那些技術(shù)人員公知的任何方法和裝置在壓力下模塑。
當(dāng)顆粒從預(yù)發(fā)泡裝置中排出時(shí)，顆粒將被施加過壓，例如具有大約30到大約200kPa的壓力。當(dāng)珠粒進(jìn)入模塑機(jī)時(shí)，顆粒內(nèi)部的氣體分壓高于模塑機(jī)內(nèi)部的空氣壓力，這使得顆粒進(jìn)一步發(fā)泡和在進(jìn)一步加熱時(shí)熔合在一起。
對(duì)于模塑步驟，本發(fā)明的方法采用在顆粒中的殘留氣體壓力和在某些情況下的殘留發(fā)泡劑來將顆粒充分熔合在一起。如果在用于模塑步驟的顆粒中具有極少或無殘留發(fā)泡劑，那么顆粒中的殘留氣體壓力將足以使顆粒充分熔合在一起。
如上文所述，模塑機(jī)的生產(chǎn)速度可以使得在預(yù)發(fā)泡/干燥步驟之后顆粒不能立即轉(zhuǎn)移到模塑機(jī)中。在該情況下，顆粒能夠被輸送到壓力料倉(cāng)，后者可以連接于模塑機(jī)。壓力料倉(cāng)以使得顆粒中的壓力被保持和維持的方式建造。顆粒中的該壓力可以是大約30到大約200kPa。
在本發(fā)明中，首先在顆粒中產(chǎn)生相對(duì)高的壓力，然后在整個(gè)預(yù)發(fā)泡和干燥步驟中在顆粒中保持充分的壓力，使得在模塑步驟中于顆粒中存在充分的壓力。
從以上可以看出，本發(fā)明的方法提供存在于顆粒中的充分壓力供預(yù)發(fā)泡/干燥步驟和模塑步驟使用，不管初始引入到顆粒中或在預(yù)發(fā)泡和模塑步驟中于顆粒中保持的發(fā)泡劑的量和/或類型如何。在預(yù)發(fā)泡、干燥和模塑步驟中，顆粒通過使用殘留氣體壓力和在某些情況下在顆粒中的殘留發(fā)泡劑來發(fā)泡。
用于加壓裝置的適合氣體是空氣、二氧化碳、氮?dú)夂退鼈兊幕旌衔铩?yōu)選的氣體選自空氣、二氧化碳和它們的混合物。
本發(fā)明的方法可以特定地應(yīng)用于水發(fā)泡的可發(fā)泡聚合物顆粒，優(yōu)選水發(fā)泡的可發(fā)泡聚苯乙烯顆粒(WEPS)，其使用水作為發(fā)泡劑，例如在上述US專利Nos.6,127,439；6,160,027；和6,242,540中公開的那些顆粒。為了獲得≤20kg/m3的密度，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，在20-90℃的溫度下注射高壓氣體(即，500到2500巴)大約15分鐘到大約7200小時(shí)在“泡孔核”中產(chǎn)生了同等的壓力。存在于顆粒的泡孔中的該壓力然后可以用于使聚合物顆粒發(fā)泡，其中顆粒內(nèi)部的高壓使泡孔膨脹，得到所希望的≤20kg/m3的較低密度。
如上文所述，對(duì)于加壓步驟，顆粒用高度加壓氣體處理。該高度加壓氣體可以有效地用作發(fā)泡劑。將該高度加壓氣體施加于顆?？梢栽陬w粒預(yù)發(fā)泡和模塑之前在模塑商(molder)的場(chǎng)所進(jìn)行。在模塑商的設(shè)施處將該高度加壓氣體施加于顆?？梢韵ǔＥc其中全部發(fā)泡劑(例如戊烷)在樹脂供應(yīng)商的設(shè)施處添加的常規(guī)EPS有關(guān)的貯存期限問題。
在加壓步驟中，加壓氣體可以是空氣。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，使用加壓空氣可以消除與使用水作為發(fā)泡劑有關(guān)的一些缺點(diǎn)。空氣在聚苯乙烯中的擴(kuò)散速率不象水蒸汽那樣有效且因此沒有水蒸汽那樣快速，因此，空氣通常比水更長(zhǎng)久地保留在顆粒中?？梢詫⒖諝饧訜岬饺魏螠囟龋匀豢捎行У貙㈩w粒加壓，而最通常的發(fā)泡劑水和戊烷要求加熱到其沸點(diǎn)以上，以便使聚合物軟化和發(fā)泡。在顆粒中使用加壓空氣的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是空氣在發(fā)泡之后不會(huì)在泡孔中冷凝，從而有助于消除在預(yù)發(fā)泡和模塑步驟之間的熟化步驟。
另外，對(duì)于加壓步驟，加壓氣體可以是二氧化碳。使用二氧化碳作為加壓步驟中的加壓氣體和作為顆粒中的發(fā)泡劑具有優(yōu)點(diǎn)，這些顆粒尤其是根據(jù)上述US專利Nos.6,455,599，6,538,042，和6,573,306制備的預(yù)成核或非成核顆粒的那些，或者是用二氧化碳?xì)怏w浸漬且然后根據(jù)US專利No.6,573,306預(yù)成核的固體聚苯乙烯顆粒的那些，原因在于本發(fā)明的方法的效率通?？梢蕴岣摺Ｅc空氣或氮?dú)庀啾?，二氧化碳可以更好地溶于聚合物基質(zhì)，因此，二氧化碳可以獲得更高載量的加壓氣體。還有，二氧化碳吸收的動(dòng)力學(xué)是更好的。最后，基于二氧化碳的方法可以提供了工業(yè)CO2的再循環(huán)，從而更好地利用該溫室氣體。
本發(fā)明的方法主要涉及加壓可發(fā)泡的聚合物顆粒，將該加壓顆粒預(yù)發(fā)泡和干燥，以及將預(yù)發(fā)泡顆粒直接投入到模塑機(jī)中。顯然，可以消除通常用于加工EPS顆粒的老化袋和通常用于加工EPP和EPE顆粒的第二壓力容器。
如上所述，這些顆?？梢允强砂l(fā)泡的聚乙烯(EPE)或可發(fā)泡的聚丙烯(EPP)。對(duì)于這些顆粒，普通發(fā)泡劑例如戊烷、二氧化碳或CFC很快速地從顆粒中擴(kuò)散出來，使得用發(fā)泡劑浸漬的未發(fā)泡珠粒不容易裝運(yùn)到模塑商的地點(diǎn)進(jìn)行發(fā)泡。
相反，用于EPE和EPP顆粒的典型方法是首先用適合的添加劑生產(chǎn)擠出微粒。這些微粒然后按本領(lǐng)域那些技術(shù)人員已知的方式用懸浮劑懸浮于水中。在相對(duì)小的壓力容器內(nèi)在高溫和高壓下添加發(fā)泡劑。雖然粒料仍然處于高溫和高壓下，容器內(nèi)容物快速排放至大氣壓力，其中顆粒發(fā)泡至大約16到大約80kg/m3(1到大約5lb/ft3)的最終堆密度。完全發(fā)泡的顆粒在輸送、包裝和裝運(yùn)到模塑商的地點(diǎn)之前進(jìn)行老化和干燥。這通常包括與長(zhǎng)距離裝運(yùn)“空氣”，即極輕重量的顆粒相關(guān)的成本。
一旦到了模塑商的地點(diǎn)，顆粒通常需要在模塑之前用氣體，通?？諝忸A(yù)發(fā)泡。這需要大型壓力容器，因?yàn)轭w粒的堆密度是極低的?？諝鈮毫Ρ仨氃?-24小時(shí)的期間逐步增加，以便避免如果壓力過高和快速施加時(shí)通常發(fā)生的顆粒塌陷。一旦顆粒被發(fā)泡，它們必須保持在壓力下和/或在泡孔結(jié)構(gòu)內(nèi)的空氣消散之前快速模塑。
本發(fā)明的方法尤其可以應(yīng)用于加工EPP和EPE顆粒。加壓裝置可以位于模塑商的地點(diǎn)，并在預(yù)發(fā)泡和模塑之前使用。
通過涉及可發(fā)泡的聚苯乙烯顆粒的以下實(shí)施例來進(jìn)一步舉例說明本發(fā)明，但本發(fā)明不受這些實(shí)施例的限制。
實(shí)施例實(shí)施例1本實(shí)施例涉及含有水作為發(fā)泡劑的預(yù)成核聚苯乙烯珠粒。這些珠粒按照上述US專利No.6,127,439的教導(dǎo)(該專利公開了極性水吸收聚合物作為保水劑的用途)以及根據(jù)上述US專利No.6,538,042(WO00/15703)和US專利No.6,455,599B1(WO 00/15704)的教導(dǎo)(該兩個(gè)專利分別公開了預(yù)成核珠粒和獲取這些珠粒的方法)來生產(chǎn)。
本實(shí)施例表明，預(yù)成核珠?？梢酝ㄟ^首先將珠粒加壓，然后將珠粒預(yù)發(fā)泡和模塑來發(fā)泡和模塑，不用在預(yù)發(fā)泡和模塑步驟之間熟化珠粒。
為了獲得預(yù)成核珠粒，大約4L的珠粒(篩分粒級(jí)0.900-1.250mm)用蒸汽在Erlenbach PVD-80分批預(yù)發(fā)泡器(前述Polytech PVD80)中部分發(fā)泡。在預(yù)成核之前的珠粒的初始密度是大約600kg/m3，輕度發(fā)泡的預(yù)成核珠粒的密度是大約419kg/m3。
這4L預(yù)成核珠粒然后在分批容器(具有4L體積)中用2250kPa的壓縮空氣在室溫下加壓16小時(shí)，然后在200kPa的壓力下轉(zhuǎn)移到攪拌的100L發(fā)泡容器中。該發(fā)泡容器具有5kPa的空氣壓力。珠粒用在70kPa的供應(yīng)壓力下的蒸汽處理20秒，使之發(fā)泡至34kg/m3的最終密度。所得濕發(fā)泡珠粒(稱為“預(yù)膨化體”或“預(yù)發(fā)泡體”)然后通過在室溫下將空氣吹送到預(yù)發(fā)泡容器達(dá)180秒，同時(shí)在容器中保持30kPa的正壓來干燥。將珠粒從發(fā)泡容器中運(yùn)輸?shù)匠Ｒ?guī)模塑機(jī)(具有尺寸為300mm×300mm×50mm的模腔的Kurtz K45)。珠粒內(nèi)部的殘留空氣壓力用作在后續(xù)模塑步驟過程中的發(fā)泡劑。在模塑機(jī)中，釋放壓力，該機(jī)器在常規(guī)模塑周期下運(yùn)轉(zhuǎn)，即，100kPa的設(shè)定壓力；8秒的蒸汽時(shí)間；以及15kPa的泡沫壓力脫模。
所得泡沫模制品具有37kg/m3的密度。根據(jù)目測(cè)，珠粒充分熔合，基本上沒有發(fā)生泡沫的收縮。所得泡沫的橫向斷裂強(qiáng)度根據(jù)CEN12089測(cè)定，在該泡沫密度下具有204N的值。
實(shí)施例2本實(shí)施例涉及含有少量的戊烷作為發(fā)泡劑的預(yù)成核聚苯乙烯珠粒。這些預(yù)成核珠粒根據(jù)上述US專利No.6,538,042(WO 00/15703)和US專利No.6,455,599B1(WO 00/15704)的教導(dǎo)來生產(chǎn)。實(shí)施例2的方法和設(shè)備與實(shí)施例1所用的那些相似。
本實(shí)施例表明，預(yù)成核珠?？梢酝ㄟ^首先將珠粒加壓，然后將珠粒預(yù)發(fā)泡和模塑來發(fā)泡和模塑，不用在預(yù)發(fā)泡和模塑步驟之間熟化珠粒。
為了形成該預(yù)成核珠粒，將大約4L的具有大約600kg/m3的初始密度并含有作為發(fā)泡劑的大約1.9wt％戊烷的珠粒用熱空氣部分發(fā)泡至400kg/m3的較低密度。在該部分發(fā)泡之后保留在珠粒中的發(fā)泡劑的量是基于珠粒的重量的1.2wt％。
這4L預(yù)成核珠粒然后在實(shí)施例1的分批容器中用2250kPa的壓縮空氣在室溫下加壓16小時(shí)，然后在200kPa的壓力下轉(zhuǎn)移到實(shí)施例1的攪拌發(fā)泡容器中。該發(fā)泡容器具有5kPa的空氣壓力。珠粒然后用在70kPa的供應(yīng)壓力下的蒸汽處理20秒，使之發(fā)泡至19kg/m3的最終密度。所得濕發(fā)泡珠粒然后通過在室溫下將空氣吹送到預(yù)發(fā)泡容器達(dá)180秒，同時(shí)在容器中保持30kPa的正壓來干燥。將珠粒從發(fā)泡容器中運(yùn)輸?shù)綄?shí)施例1的常規(guī)模塑機(jī)。在模塑機(jī)中，釋放壓力，該機(jī)器用與實(shí)施例1相同的參數(shù)在常規(guī)模塑周期下運(yùn)轉(zhuǎn)。
所得泡沫具有19.5kg/m3的密度。根據(jù)目測(cè)，珠粒充分熔合，基本上沒有發(fā)生泡沫的收縮。所得泡沫的橫向斷裂強(qiáng)度根據(jù)CEN12089測(cè)定，在該泡沫密度下具有176N的值。該值比得上用常規(guī)EPS珠粒獲得的值。
實(shí)施例3將與實(shí)施例2所用類似的原料珠粒預(yù)成核至大約380kg/m3的密度，再類似于實(shí)施例2進(jìn)行加工。預(yù)發(fā)泡器中的壓力保持在30kPa。在模塑之前的這些顆粒具有17kg/m3的密度。將顆粒轉(zhuǎn)移到壓力料倉(cāng)中，在那里，對(duì)顆粒施加30kPa的壓力。然后，顆粒在90kPa的蒸汽壓力下模塑23秒。所生產(chǎn)的泡沫具有20kg/m3的密度。根據(jù)CEN12089測(cè)定橫向斷裂強(qiáng)度，在該密度下的值為221N。
用原料珠粒進(jìn)行幾個(gè)附加試驗(yàn)，其中預(yù)發(fā)泡器中的壓力降低到15kPa(第一試驗(yàn))，10kPa(第二試驗(yàn))和8kPa(第三試驗(yàn))。在模塑之前的珠粒的各自密度是15kg/m3，16kg/m3和16kg/m3。珠粒在90kPa的蒸汽壓力下模塑17-19秒。所生產(chǎn)的泡沫分別具有18kg/m3、19kg/m3和18kg/m3的密度，各自具有183N、172N和163N的橫向斷裂強(qiáng)度。
本實(shí)施例說明，預(yù)發(fā)泡器的空氣壓力越低，橫向斷裂強(qiáng)度的值越低。因此，為了獲得更高強(qiáng)度的泡沫產(chǎn)品，在大多數(shù)情況下更希望在預(yù)發(fā)泡器中保持≥30kPa的壓力。
實(shí)施例4
本實(shí)施例涉及用二氧化碳浸漬，然后預(yù)成核，即輕度發(fā)泡至400kg/m3的固體聚苯乙烯珠粒，與上述US專利No.6,573,306的教導(dǎo)類似。本實(shí)施例也采用空氣作為加壓裝置中的加壓氣體。
本實(shí)施例表明，用二氧化碳浸漬，然后預(yù)成核的珠?？梢杂每諝馐┘舆^壓，預(yù)發(fā)泡，并模塑，不用在預(yù)發(fā)泡和模塑步驟之間熟化珠粒。
為了生產(chǎn)最初在本實(shí)施例中使用的珠粒，大約20L的具有630kg/m3的密度的固體聚苯乙烯珠粒在壓力容器中用二氧化碳在500kPa的壓力和室溫下加壓3小時(shí)，以便用二氧化碳浸漬珠粒。該浸漬步驟之后是用分批蒸汽發(fā)泡器(Erlenbach PVD-80)的預(yù)成核步驟。預(yù)成核珠粒然后用類似于實(shí)施例1的設(shè)備和條件進(jìn)行加工。也就是說，預(yù)成核珠粒然后在分批容器(具有4L體積)中用2250kPa的壓縮空氣在室溫下加壓16小時(shí)，然后在200kPa的壓力下轉(zhuǎn)移到攪拌的100L發(fā)泡容器中。該發(fā)泡容器具有5kPa的空氣壓力。
珠粒然后用在70kPa的供應(yīng)壓力下的蒸汽處理20秒，使之發(fā)泡至20kg/m3的最終密度。所得預(yù)膨化珠粒通過在室溫下將空氣吹送到預(yù)發(fā)泡容器達(dá)180秒，同時(shí)在預(yù)發(fā)泡容器中保持30kPa的壓力來干燥。
將珠粒從預(yù)發(fā)泡容器中運(yùn)輸?shù)匠Ｒ?guī)模塑機(jī)(實(shí)施例1使用的KurtzK45)。珠粒中的殘留空氣壓力有助于在模塑步驟中使珠粒進(jìn)一步發(fā)泡。在模塑機(jī)中，釋放壓力，該機(jī)器在常規(guī)模塑周期下運(yùn)轉(zhuǎn)，即，100kPa的設(shè)定壓力；8秒的蒸汽；以及15kPa的泡沫壓力脫模。
所得泡沫模制品具有26kg/m3的密度。根據(jù)目測(cè)，珠粒充分熔合，基本上沒有發(fā)生泡沫的收縮。所得泡沫的橫向斷裂強(qiáng)度根據(jù)CEN12089測(cè)定，在該泡沫密度下具有330N的值。
雖然根據(jù)其具體實(shí)施方案闡明了本發(fā)明，但應(yīng)該理解的是，鑒于本公開，在本發(fā)明基礎(chǔ)上的許多變化現(xiàn)在是可行的，但仍然是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，應(yīng)該清楚的是，預(yù)發(fā)泡和模塑裝置二者可以安裝單獨(dú)的壓力供給源。因此，本發(fā)明應(yīng)該廣義地僅僅根據(jù)所附權(quán)利要求書的范圍和精神來解釋和限定。
權(quán)利要求
1.用于加工可發(fā)泡的聚合物顆粒的方法，該方法包括a)用高壓氣體加壓所述可發(fā)泡的聚合物顆粒，從而在所述顆粒內(nèi)部產(chǎn)生高氣體壓力；b)在高于大氣壓、但低于由于步驟a)產(chǎn)生的在所述顆粒內(nèi)的氣體壓力的壓力下，用加熱介質(zhì)使所述顆粒預(yù)發(fā)泡，以及將預(yù)發(fā)泡的顆粒干燥；和c)采用至少在所述顆粒中的殘留氣體壓力，立即將所述顆粒模塑成泡沫制品。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在步驟b)中的所述預(yù)發(fā)泡顆粒的干燥在所述顆粒保持在高于大氣壓、但低于步驟a)的氣體壓力的壓力下的同時(shí)進(jìn)行。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在步驟a)的所述顆粒的加壓中的所述氣體具有大約-20到大約130℃的溫度和大約500到大約8000kPa的壓力，所述加壓進(jìn)行大約15到大約7200分鐘。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述聚合物是聚苯乙烯，所述氣體具有大約90℃或更低的溫度。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述用于步驟b)的顆粒的預(yù)發(fā)泡的加熱介質(zhì)具有大約100到大約120℃的溫度和大約50到大約200kPa的壓力，并且施加于所述顆粒達(dá)大約5到大約120秒的時(shí)間。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述步驟b)中的發(fā)泡顆粒的干燥由具有大約20到大約90℃的溫度和大約1到大約10kPa的壓力的空氣流組成，并且施加于所述顆粒達(dá)大約1到大約900秒的時(shí)間。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括在所述步驟b)的顆粒的預(yù)發(fā)泡之后和在所述步驟c)的顆粒的模塑之前，將所述顆粒轉(zhuǎn)移到壓力料倉(cāng)中，以保持所述顆粒中的壓力。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在步驟b)和c)中，在所述顆粒中的壓力至少保持在大約50到大約200kPa的壓力下。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述步驟a)中的加壓氣體選自空氣、氮?dú)狻⒍趸己退鼈兊幕旌衔铩?br> 10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述步驟a)中的加壓氣體選自空氣、二氧化碳和它們的混合物。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述步驟b)中的加熱介質(zhì)選自蒸汽、熱空氣、熱水、輻射熱、微波、高頻輻射和電磁波。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述聚合物選自聚苯乙烯，聚乙烯，聚丙烯，以及聚乙烯和聚合的乙烯基芳族樹脂的互穿網(wǎng)絡(luò)。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述聚合物是聚苯乙烯。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述可發(fā)泡的聚合物顆粒含有選自無機(jī)發(fā)泡劑、有機(jī)發(fā)泡劑和它們的混合物中的發(fā)泡劑。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述可發(fā)泡的聚合物顆粒是預(yù)成核的聚苯乙烯，并且含有低于基于顆粒重量的3wt％的量的有機(jī)發(fā)泡劑。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述可發(fā)泡的聚合物顆粒是預(yù)成核的，并且含有選自二氧化碳、氮?dú)?、空氣、水和它們的混合物中的無機(jī)發(fā)泡劑，和其中所述在步驟a)中的加壓氣體選自空氣、氮?dú)?、二氧化碳和它們的混合物?br> 17.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述可發(fā)泡的顆粒是預(yù)成核的，并且含有作為發(fā)泡劑的二氧化碳，和其中在步驟a)中的氣體選自空氣和二氧化碳。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述可發(fā)泡的顆粒包括用二氧化碳浸漬，然后預(yù)成核的固體聚苯乙烯顆粒，和其中在步驟a)中的加壓氣體選自空氣和二氧化碳。
19.由根據(jù)權(quán)利要求1的方法加工的聚合物顆粒形成的泡沫制品。
20.根據(jù)權(quán)利要求1的方法的步驟a)和b)加工的顆粒。
21.用于加工可發(fā)泡的聚合物顆粒的裝置，包括加壓裝置，用于用加壓氣體加壓所述顆粒，以產(chǎn)生高于所述顆粒外部壓力的在所述顆粒中的氣體壓力；預(yù)發(fā)泡器裝置，用于在大約100到120℃的溫度和高于大氣壓、但低于在顆粒中的氣體壓力的壓力下施加加熱介質(zhì)，使得在顆粒中的殘留氣體壓力用作發(fā)泡劑，所述預(yù)發(fā)泡器裝置包括干燥設(shè)備，用于在高于大氣壓、但低于所述顆粒中的氣體壓力的壓力下干燥所述顆粒，直到顆粒干燥為止，和模塑裝置，用于形成泡沫制品。
22.如權(quán)利要求21所述的裝置，其中在所述加壓裝置中的加壓氣體選自空氣、氮?dú)?、二氧化碳和它們的混合物?br> 23.如權(quán)利要求21所述的裝置，其中在所述加壓裝置中的加壓氣體選自空氣、二氧化碳和它們的混合物。
24.如權(quán)利要求21所述的裝置，其中所述在預(yù)發(fā)泡器裝置中的加熱介質(zhì)選自蒸汽、熱空氣、熱水、輻射、微波、高頻輻射和電磁輻射。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于加工可發(fā)泡的聚合物顆粒，例如聚苯乙烯(EPS)的方法，該方法消除了在預(yù)發(fā)泡器和模塑步驟之間的熟化步驟。該可發(fā)泡的顆粒首先用氣體，例如空氣、二氧化碳、氮?dú)夂退鼈兊幕旌衔镌?00－8000kPa的壓力和－20到130℃的溫度下施加過壓達(dá)15到7200分鐘，以便在顆粒中產(chǎn)生氣體壓力。使用顆粒中的該氣體壓力，用加熱介質(zhì)例如蒸汽在100－120℃的溫度和高于大氣壓、但低于所述顆粒中的氣體壓力的壓力(即50－200kPa)下使顆粒預(yù)發(fā)泡5到120秒。該預(yù)發(fā)泡顆粒在預(yù)發(fā)泡器中風(fēng)干，同時(shí)保持顆粒中的正壓；任選轉(zhuǎn)移到壓力料倉(cāng)；然后轉(zhuǎn)移到模塑機(jī)，在那里，采用顆粒中的氣體壓力來形成泡沫制品。
文檔編號(hào)C08J9/00GK101014651SQ200480020081
公開日2007年8月8日 申請(qǐng)日期2004年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月15日
發(fā)明者M·F·J·伯格曼斯, K·C·布雷簡(jiǎn)伯格, J·圖伯特, A·C·G·邁特薩斯 申請(qǐng)人:新星化學(xué)(國(guó)際)股份有限公司